探究影响平行板电容器电容的因素

实验目的

探究平行板电容器的电容与正对面积、板间距离、电介质的关系。

实验原理

电容 C = Q/U，平行板电容器的电容 C = εrS/(4πkd)。充电后断开电源，电荷量 Q 不变，静电计指针偏角反映板间电势差 U。U 增大说明 C 减小，U 减小说明 C 增大。每次只改变一个量，其余保持不变。

实验器材

• 平行板电容器（间距和正对面积可调）
• 静电计
• 感应起电机或高压直流电源
• 有机玻璃板等电介质板
• 导线
• 绝缘手柄

实验步骤

1. 将电容器一块极板与静电计金属球相连，另一块极板与静电计外壳相连。
2. 给电容器充电后断开电源，记下静电计指针偏角。
3. 保持间距不变，错开极板减小正对面积，观察偏角变化。
4. 恢复正对面积，增大板间距离，观察偏角变化。
5. 恢复间距，在两板间插入电介质板，观察偏角变化。
6. 比较三次结果，归纳电容的决定因素。

实验现象与结论

正对面积减小，指针偏角增大，说明电容减小；板间距离增大，偏角增大，电容减小；插入电介质，偏角减小，电容增大。电容随正对面积增大、间距减小、介电常数增大而增大。

注意事项

• 充电后不要同时触碰两块极板。
• 保持器材干燥清洁，避免漏电影响读数。

常见问题

为什么要先充电再断开电源？

断开电源后电容器电荷量 Q 保持不变，此时静电计偏角只随电容变化，便于判断 C 的变化。

静电计指针偏角越大表示什么？

表示两极板间电势差 U 越大。Q 不变时，U 越大，电容 C 越小。